Fosillerinin olmaması ve virüslerin canlı olup olmadığı tartışmaları nedeniyle taksonomide virüslerin sınıflandırılması sorunlu olmuştur. Biyolojik sınıflandırmadaki üst âlemlerin (domain) içine kolayca yerleştirilemedikleri için sınıfları takımAcytota adı önerilmiştir. Bu öneriye göre virüsler Bakteria, Arkea ve Eukaryota üst âlemlerine denk bir taksona aittirler. Halen her familya bir takımın içinde yer almamaktadır ve her cins de bir familyanın içine yerleştirilmemiştir. basamağından başlatılmıştır. Ancak, bir üst âlem ismi olarak
Bir sınıflandırma örneği olarak su çiçeği virüsü Herpesviridae familyası, Alphaherpesviridae alt familyası ve Varicellovirus cinsine aittir. Takım olarak yerini almamıştır.
İsimlendirmede genel yapı şöyledir:
Takım (-virales) Familya (-viridae) Altfamilya (-virinae) Cins (-virus) Tür (-virus) Uluslararası Virüs Taksonomi Komitesi (International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV) mevcut sınıflandırma sistemini oluşturmuş ve familyaların homojenliğini sağlamak amacıyla virüslerin bazı özelliklerine daha fazla ağırlık verilmesi yönünde yönergeler hazırlamıştır. Taksonomların bir virüsün takımını belirlerken içerdiği nükleik asit türüne, nükleik asitin tek mi, çift sarmallı mı olduğuna, ve bir zarının olup olmadığına dikkat etmesi gerekmektedir. Bu üç ana özelliğin ardından diğer yönleri göz önüne alınabilir: konak tipi, kapsit şekli, bağışıksal özellikleri ve neden olduğu hastalık tipi.
Bu sınıflandırma sistemine ek olarak Nobel ödüllü biyolog David Baltimore, Baltimore sınıflandırması sistemini geliştirmiştir. Bu sistemde virüsler, çoğalma ve genom tiplerine bağlı olarak yedi gruptan birinde yer alırlar. Modern sınıflandırmada ICTV sistemi, Baltimore sistemi ile beraber kullanılır.
Yapı
Bir bütün virüs taneciği, virion olarak da adlandırılır, aslında bir gen taşıyıcısından fazla bir şey değildir; kapsit olarak adlandırılan bir protein örtü ile çevrili nükleik asitten ibarettir. Kapsit, viral genom tarafından kodlanan proteinlerden oluşur, şekli ise virüsün morfolojik ayrımında kullanılır. Protomer olarak adlandırılan protein birimler kendi kendilerine bir araya gelerek kapsiti oluştururlar, bu süreçte genomun bir katkısı olmaz. Ancak, bazı virüsler kapsidin oluşmasına yardım eden proteinler kodlar. Nükleik asitle temas halinde olan proteinler nükleoprotein olarak adlandırılırlar, nükleik asitle temas halinde olan kapsit proteinlere nükleokapsit denir.
Genel olarak dört ana virüs morfoloji tipi vardır:
1. Sarmallı virüsler
Sarmallı kapsit şeması
Sarmallı kapsitler merkezî bir boşluk etrafına dizilmiş, spiral merdiven gibi bir yapı oluşturan, tek tip bir protomerden oluşur. Bu düzenden çubuk şekilli virionlar meydana gelir, bunlar kısa ve bükülmez, veya uzun ve esnek olabilirler. Uzun sarmallı tanecikler dış güçler tarafından kırılmamak için esnek olmak zorundadır. Genetik malzeme korunaklı bir şekilde tüpün içinde yer alır. Sarmallı kapsitin uzunluğu içindeki nükleik asiitn uzunluğu ile ilintilidir, çapı ise protomerlerin toplam uzunluğu ve yerleşme düznüyle iliskilidir. İyi çalışılmış olan tütün mozaik virüsü bir sarmallı virüs örneğidir.
2. İkosahedral virusler
İkosahedral virionların elektron mikrografı
İkosahedral kapsit simetrisi az büyültme ile bakılınca küresel bir görünüm verir ama aslında kapsomerler düzenli bir geometrik düzen içinde yerleşiklerdir, bir futbol topuna benzerler. Kapsomerler, protomerlerin beş veya altı kopyasından oluşan halkasal yapılardır. Bunlar kovalent olmayan bağlarla birbirleriyle birleşerek viral nükleik asiti içlerine alırlar. Ancak, bu kapsitler, sarmal kapsitler kadar sıkı bir şekilde nükleik asidi sarmazlar ve bir veya iki protomerden oluşabilirler. İkosahedral yapı, R. Buckminster-Fuller tarafından jeodezik kubbe tasarımında da kullanılmıştır. Tek tip yapı taşı kullanarak dayanıklı ve kapalı bir yapı oluşturmanın en verimli yoludur.
Küresel bir virüs meydana getirmek için gereken protein sayısına T-sayısı denir, bu sayı proteın sayısının 60 katıdır. Hepatit B virüsü durumunda T-sayısı 4'tür, dolayısıyla kapsiti oluşturmak için 240 protein birleşir.
3. Örtülü virusler
Örtülü HIV'in şekli
Protein kapsite ek olarak bazı virüsler hücredeki zarlardan birinin (hücrenin dış zarı veya, çekirdek, endoplazmik retikulum gibi hücrenin içindeki yapılardan birinin zarının) değişime uğramış bir biçimini de ele geçirip viral örtü denen bir lipit zar elde ederler. Bu zarda bulunan proteinler hem viral, hem konak genom tarafından kodlanmıştır, ama zardaki lipit ve karbonhidratlar tamamen konağa özgüdür. Grip virüsü ve HIV bu stratejiyi kullanırlar. Örtü, virionları kimyasallara ve enzimlere karşı korur, bu yüzden örtülü viruslerin sadece kapsidi olan virüslere kıyasla bir üstünlüğü vardır. Üzerinde bulunan proteinler arasında reseptör işlevi gören glikoproteinler de bulunabilir. Bunlar sağlıklı hücrelerin virionları "dost" olarak algılayıp onları hücre içine almalarını sağlayabilir. Çoğu örtülü virüs enfeksiyon yapabilmek için örtüsüne muhtaçtır.
4. Karmaşık virüsler
Bacteriofaj şeması
Bu virüslerin kapsitleri ne sırf sarmallı, ne sırf ikosahedraldir, ayrıca protein kuyruk veya karmaşık bir dış duvar gibi yapılara sahiptirler. Bazı bakteriyofajların ikosahedral bir kafaya bağlı sarmallı bir kuyruktan oluşan karmaşık bir yapıları vardır. Kuyruğun ucunda altıgen şekilli bir plaka, ondan da dışarı doğru uzanan protein lifler vardır. Çiçek virüsgiller (Poxviridae'ler) ender morfolojiye sahip büyük, karmaşık virüslerdir. Viral genom nükleoit olarak adlandırılan merkezi bir diskin içindeki proteinlere bağlıdır. Nükleoit, bir zar ve işlevi bilinmeyen iki yan cisimle çevrilidir. Virüsün, üzeri kalın bir protein tabakasıyla kaplı bir dış zarı vardır. Viral tanecikler ovoid ile tuğla biçim arasında değişebilen bir biçimsel çeşitlilik gösterir.
Büyüklük
Virüslerin diğer canlılar ve biyomoleküllere göreceli olarak büyüklük dağılımı
Bir virüsün büyüklüğünün bir pireninkine oranı, bir insanın boyununun Everest dağının iki katı yükseklikte bir dağın yüksekliğine olan oranına yaklaşık eşittir. Bazı filoviruslerin toplam uzunluğu 1400 nm'yi bulur, ama kapsit çapları sadece 80 nm'dir. Üzerinde çalışılmış virüslerin çoğunluğunun kapsit çapı 10 ile 300 nanometre arasındadır. Çoğu virüs ışık mikroskobuyla görülemeyecek kadar küçük olmakla beraber bazıları en küçük bakterilerden daha büyüktür ve yüksek büyültme altında görülebilirler. Virüs taneciklerin gözlemlenmesinde hem tarama hem de transmisyon elektron mikroskobu yaygın olarak kullanılır.
Normal virüslerin büyüklükleri konusunda yukarıda verilen rakkamlara bir istisna, 400 nm çaplı mimivirüslerdir. Bunlar viral genom büyüklüğünde 1000 gen (bazı bakterilerin sadece 400 geni vardır) ve 1.2 megabaz uzunluk ile rekor büyüklüğe sahiptir. Büyük genomları hem prokaryot hem de ökaryotlarda korunmuş pek çok gen içerir. Bu virüslerin keşfi, virüsleri sadece hareketli genetik elemanlar olarak gören mevcut bakış açısına bir tezat oluşturmuş, birçok bilim insanının canlı organizmalarla virüsler arasındaki tartışmalı sınırı yeniden gözden geçirmeye itmiştir.
Genetik malzeme
Poliyoma virüsü virionlarının elektron mikrografı
Virüslerde hem DNA hem RNA bulunabilir ama genelde ikisi birden olmaz. Bunun bir istisnası insan sitomegalovirüsüdür, onda bir DNA çekirdek ve birkaç mRNA parçası bulunur. Virüslerde bulunan nükleik asit, türüne bağlı olarak tek veya çift iplikli olabilir. Dolayısıyla virüslerde dört olası nükleik asit türü de vardır: Çift iplikli DNA, tek iplikli DNA, çift iplikli RNA ve tek iplikli RNA. Hayvan virüslerinde bu kombinezonların hepsi gözlemlenmiştir, bitki virüslerin ise genelde tek iplikli RNA'ya sahiptirler. Bakteriyofajlarda genelde çift iplikli DNA olur. Ayrıca, virüs nükleik asitleri arasında doğrusal da halkasal da olanlar vardır.
Genom büyüklüğü viral türler arasında büyük çeşitlilik gösterir. En küçük genom yalnızca dört protein kodlar ve yaklaşık 106 dalton ağırlığındadır, en büyüğü ise yüzden fazla protein kodlar ve 108 dalton ağırlığındadır. Bazı virüs türlerinin genomunda sitozin yerine hidroksimetilsitozin gibi anormal nükleotitler bulunur.
Tek iplikli RNA virüslerindeki zincirler ya pozitif anlamlı (artı iplikli de denir), ya da negatif anlamlı (eksi iplikli denir) olarak adlandırılabilir, viral mRNA'yı tümleyici olup olmadıklarına bağlı olarak. Pozitif anlamlı viral RNA, viral mRNA'nın aynısıdır ve derhal konak hücre tarafından çevirisi yapılabilir. Negatif anlamlı viral RNA, mRNA'yı tümleyici olduğu için bir RNA polimeraz tarafından önce pozitif anlamlı RNA'ya dönüştürülmesi gerekir, çevrilebilmek için.
Çift iplikli RNA genomlarının hepsi ve bazı tek iplikli RNA genomları parçalıdırlar, yani ayrı parçalardan oluşurlar. Her parça bir protein kodlayabilir ve bu parçalar genelde bir kapsidin içinde yer alırlar. Enfeksiyöz olmak için bu genom parçalarının hepsinin aynı virion içinde yer alması gerekmez, brom mozaik virüs'de görüldüğü gibi.
Çoğalma
Viral topluluklar hücre bölünmesiyle büyümezler çünkü hücresel değillerdir; konak hücrenin metabolizması ve mekanizmasını kullanarak kendilerini kopyalarlar. Litik veya lisojenik döngüleri olabilir, bazı virüslerde bunların ikisi de olabilir. Bir virüs hücreyi öldürmeden ona zarar verici etkiler gösterebilir, bunlara sitopatik etkiler denir.
Litik döngüde (örneğin T4 fajında), virüsün etkisiyle konak hücreler virüsün çoğalması için gerekli olan proteinleri imal etmeye başlarlar. Proteinlerin yanısıra virüs genomunun da çoğaltılmasını sağlar. Bunun için kullanılan yöntem virüsün genom tipine bağlıdır. Oluşan yeni virionlar kendiliklerinden bir araya gelebildikleri gibi moleküler şaperonların yardımıyla da oluşabilirler. Genom kopyalandıktan ve kapsit oluştuktan sonra virüs, yeni virionların salınabilmesi için hücrenin parçalanmısını sağlar. Bazı virüsler ise hücreyi parçalamak yerine, eksositoz adı verilen yolla, hücre zarından geçerek dışarı salınırlar, bu arada hücre zarının bir kısmını da viral örtü olarak alırlar.
Buna tezat olarak, lisojenik döngüde hücre parçalanmaz, viral genom konak DNA ile bütünleşir ve onunla beraber çoğalır. Virüs hücrenin yavrularına aktarılır. konak hücrenin bir parçası haline gelen virüs uzun bir süre öyle kalabilir, ama uygun şartlarda tekrar aktif hale gelip litik döngüye geri girebilir.
Bakteriyofajların renklendirilmiş elektron mikrografı
Bakteriofajlar kendilerine has bakterileri enfekte ederler, bunun için bakterinin yüzeyünde bulunan reseptör proteinlere bağlanıp hücrenin içine girerler. Kısa bir süre içinde, bazen birkaç dakikada, bakterinin polimerazları viral mRNA'nın proteine çevirisine başlarlar. Bu proteinler ya yeni virionları oluşturular, ya yeni virionların oluşmasına yardımcı olurlar veya hücre parçalanmısını sağlarlar. Viral enzimler hücre zarını parçalarlar ve T4 fajı durumunda, enfeksiyondan yirmi dakika sonra üç yüzden fazla faj salınır.
Hayvan DNA virüsleri, (herpes virüsleri gibi) konak hücrenin içine endositoz yoluyla girerler. Genelde, virüs uygun bir hücre zarı reseptörü ile tesadüfi bir çarpişma sonucunda ona bağlanır sonra da hücre içine alınır. Viral genom kapsitten dışarı salınır ve konak polimerazlar viral mRNA'yı okumaya başlarlar. Yeni virionlar ya hücre paçalanması ya da hücre zarında tomurcuklanarak hücreden dışarı salınırlar.
Hayvan RNA virüsleri çoğalma mekanizmalarına bağlı olarak üç farklı gruba ayrılabilirler. RNA'nın tek veya çift iplikli olması, ve tek iplikli olması durumunda onun polaritesi, virüsün çoğalma mekanizmasını belirler. Tek iplikli RNA'lar pozitif veya negatif anlamlı olabilirler, ayrıca çift iplikli RNA virüsleri vardır. Bazı RNA virüslerinin içinde DNA vardır ama çoğalmak için önce RNA'ya kopyalanırlar. RNA virüsleri çoğalmak için virüs tarafından kodlanan bir RNA replikaz enzimine muhtaçtırlar.
Retrovirüsler ters transkripsiyon yoluyla çoğalırlar, yani bir RNA şablonundan DNA oluşurtururlar. RNA genomlu virüsler bir DNA ara ürün aracılığıyla çoğalırlar, DNA genomlu olanlar ise bir RNA molekülü oluşturarak çoğalırlar. Her iki tip ters trasnkripsiyon virüsü de nükleik asit dönüçümü üçün ters transkriptaz enzimi kullanırlar.